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听说过超声波电机吗？这是一种在高精尖领域应用的新型电动机，也在逐渐进入民用领域。中国科学家赵淳生院士，两次癌症、三次手术，带病奋斗，只为打造一个属于中国的超声电机产业。今天我就带着大家了解一下这种新型电机。这也是一个粉丝给我布置的任务，由于我本人工作太忙，创作频率比较低，所以答应网友讲得很多东西，还没有落实，请见谅。我是东城观星，一名普通的大学老师，你感兴趣的科技进展和科学知识，可以找我来讲。  一、什么是超声波电机？ 所谓超声波电机，并不是通过空气中超声波推动的电机，而是先把电能变成高频机械震动，然后通过高频震动和摩擦来带动做功的电动机。这里的高频震动，刚好在超声波的频率范围内，所以也叫超声波电机。因为这种震动产生的声音是超声波，人类的耳朵听不见，所以这类电动机属于静音电动机，可以应用到特别安静的场所。又由于不需要线圈和磁铁，也不需要气体膨胀来进行推动，这类电动机可以做到非常小，小到1毫米左右的尺寸都可以，能够应用到很多需要微型电动机的场合。 其实超声电机的实际工作原理还是很复杂的，需要精心设计才能真正把电能变成机械能，但是我们这里做一下简化理解，希望对大家有帮助。超声电机，利用震动波和摩擦力带动转子运动，从而可以对外做功。你可以近似理解成海浪推动小船的过程，只要利用好海浪，本身无法自由移动的小船就可以被推到岸边。海浪就是行动的水波，超声电机利用的也是行动的振动波。 超声电机的核心部件是压电陶瓷，或者叫压电材料。这种材料接上电线以后，你压一下它，就可以产生电流，这就叫压电效应。反过来，如果给它施加一个电压，它也可以发生形变，这个叫做逆压电效应。超声电机利用的就是逆压电效应。 如果给压电材料提供一个交流电，这个压电材料就会随着电压的变化而震动，交流电频率越高，震动越快，为了达到超声频率的震动，需要提供2万赫兹到10万赫兹的交流电，而不是我们家庭使用的50赫兹的交流电。为了让压电材料有效震动，对交流电的电压也有一定的要求，一般得达到几百伏特到上千伏特。有了合适的电源和压电材料，还要在压电材料上面放上弹性的震动片作为定子，然后再在弹性片上布置摩擦系数高，又耐磨的材料，以便能通过摩擦力带动转子运动。所以，这样的电动机，设计和生产并不简单。 二、超声波电机的应用 超声电机最早是1948年提出来的，但直到1982年，日本科研人员才解决了实际应用问题，随后超声电机在日本产业界广泛应用。比如我们熟悉的佳能相机，就应用超声电机来控制调焦系统。超声电机容易做到小型化、工作响应快、噪音低，断电以后还可以自动锁死不会随意运动，成为一种独特的电动机应用到很多场合。美国最早把这种电机应用到了航天领域，并把携带超声电机的设备送到了火星上。  中国虽然开展超声电机研究比较晚，但随着不断投入研究力量，跟发达国家的差距越来越小。中国有个科学家叫赵淳生，在了解到超声电机的优势以后，开始从事相关研究工作。赵院士带领自己的科研团队攻克了一个又一个难关，短短几年的时间就研发出了一系列成熟的超声电机，并把超声电机安装到了嫦娥三号上面，成为世界上第二个把超声电机应用到太空的国家。后来的嫦娥四号、嫦娥五号、祝融号火星车都用到了自己国家生产的超声电机。目前正在从航天领域向民用领域转型推广。  在航天领域，超声电机具有很大的应用前景，比如各种类型的机械臂、航天器对接装置、太空垃圾收集系统、火箭内部控制装置、星球车控制装置、微型卫星控制等领域都可以用上它。除了航天以外，微型机械领域、需要高精度的芯片生产领域、需要静音环境的场所、以及医疗器械领域也都可以大量应用超声电机。 特别值得一提的是，核磁共振设备本身具有极强的磁场，对普通的电磁电动机有很强的干扰性，需要特殊防护，而超声电机不受电磁干扰，在强磁场下依然可以正常工作，是非常好的核磁共振驱动电机。另外由于超声电机可以做到体积小、质量轻，可以在内窥镜领域大量应用，既有可以实现直线运动的直线超声电机，也有可以实现旋转的超声电机，而且都能做到微型化。可以想象的将来，微创机器人手术，很有可能也会大量应用这类电动机。据说目前正在研究可以自动调焦的眼镜，以后戴眼镜就更方便了，看不清楚了自己可以调节眼镜度数。  三、超声电机的缺点 超声电机在各领域的应用肯定会越来越多，在电机领域占据自己的一席之地。但是，超声电机也有自己的缺点，这里简单说一下。 首先，这种电机的寿命比较短，因为超声电机是通过摩擦来带动的。大家应该都有经验，靠摩擦的东西，寿命都不会太长。轮胎也好、鞋底也罢，时间一长就开始打滑了。超声电机自然也会慢慢打滑的，需要研发特殊的耐磨材料，适当延长寿命。 其次，超声电机工作的影响因素太多，对它的性能产生难以估测的影响。比如温度，只要超声电机开始工作，就会产生热量改变温度，而温度的改变会影响很多参数，从而让超声电机的性能参数不断发生变化。再比如，从电能转换为最终的机械能中间有好几次能量传递，这中间的参数变化非常复杂，对于电动机的精准调控带来很大难度。  此外，其他部件的材料性能，也给超声电机的研发和控制带来很大的难度，换句话说，要想让超声电机足够成熟，还需要很长时间的磨合才行。只有不断大量应用，才能不断发现问题解决问题，最终完善这种发动机。 当年日本在这方面很厉害，是因为日本最早实现了超声电机产业化。但是随着日本经济的低迷，以及日本各种产业逐渐跟市场脱节，不断被边缘化，日本在超声电机领域的优势必将被超越。只有充足的市场才能养活先进的技术，没有市场打底，技术也会发展停滞。  所以，未来谁能在超声电机领域占据主动权，就看谁能给超声电机提供足够大的市场了，更准确地说应该是谁能占据足够大的市场。 好了就说这么多吧，大家有什么想说的，咱们评论区聊一下。我是东城观星，感谢大家的订阅与关注。 |
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